碳当量基本原理(lǐ)用(yòng)于预测钢性质(zhì)

   日期：2020-11-19

修复天然气或输油管線(xiàn)时，需要确保新(xīn)焊缝超牢固。在基本层面上，焊缝的完整性依赖于两段管道完全兼容。如果两段管道的性质(zhì)不同，或在焊接过程期间变脆，焊接将会失败，从而带来潜在的灾难性后果。

因此，需要确保使用(yòng)正确钢号。但是不能(néng)只依靠牌号会存在风险，因為(wèi)即使在同一个牌号内，精(jīng)确成分(fēn)也存在足够差异，从而导致焊接完整性问题。為(wèi)此，必须单独测量每个部件的精(jīng)确成分(fēn)，才能(néng)完全理(lǐ)解部件的性质(zhì)。

这便是碳当量概念的由来。通过碳当量，可(kě)获得详细的材料成分(fēn)，并将这些信息转化為(wèi)有(yǒu)用(yòng)信息，以用(yòng)于评价材料的可(kě)焊性。

碳当量对于预测钢性质(zhì)至关重要

当不但将碳用(yòng)作(zuò)合金元素时，等效碳含量的概念可(kě)用(yòng)于含铁材料，通常為(wèi)钢和铸铁，以确定合金的各种性质(zhì)。

众所周知，铁或钢中(zhōng)的碳含量会影响其强度和脆度，以及材料的加工(gōng)和焊接方式。然而，碳不是只有(yǒu)的合金元素，其他(tā)元素对材料性质(zhì)也有(yǒu)贡献。

难题在于，需考虑每个元素的影响以及其如何单独与所有(yǒu)其他(tā)元素相互作(zuò)用(yòng)。因此，转而使用(yòng)碳当量概念，采用(yòng)一个公(gōng)式将所有(yǒu)的合金元素“转换”成碳当量百分(fēn)比。该想法是将除碳之外的合金元素的百分(fēn)比转换成碳当量百分(fēn)比，因為(wèi)与其他(tā)铁-合金相相比，铁-碳相更容易被理(lǐ)解。该单一数值随后可(kě)被用(yòng)于评价性质(zhì)，如下表所示的可(kě)焊性：

从表中(zhōng)可(kě)以看出，CE数值越大，可(kě)焊性越差。如此说来，如何得出这个数值？以下便是碳当量方程的由来：

1. 國(guó)际焊接學(xué)会（IIW）CE：CE = (%C)+((%Mn)/6)+(((%Cr)+(%Mo)+(%V))/5)+(((%Cu)+(%Ni))/15)
   
   

2. 日本焊接學(xué)会PCM：
   PCM = (%C)+((%Si)/30)+(((%Cr)+(%Cu)+(%Cr))/20)+((%Ni)/60)+((%Mo)/15)+((%V)/10)+((%B)*5)
   
   

3. Düren CEM:
   CEM = (%C)+((%Si)/25)+(((%Mn)+(%Cu))/20)+(((%Cr)+(%V))/10)+((%Mo)/15) +((%Ni)/40)
   
   

4. Thyssen CET:
   CET = (%C)+(((%Mn)+(%Mo))/10)+(((%Cr)+(%Cu))/20)+((%Ni)/40)
   
   

5. EN 10025-1 CEV:
   CEV = (%C)+((%Mn)/6)+(((%Cu)+(%Ni))/15)+(((%Cr)+(%Mo)+(%V))/5)

上文(wén)展示了五个方程；实际上，需使用(yòng)与钢种非常匹配的方程。

可(kě)发现每个方程使用(yòng)已测量的碳百分(fēn)比的情况，随后加上其他(tā)元素的修正百分(fēn)比。例如，出现在比较好的方程中(zhōng)的（锰%/6）使用(yòng)锰百分(fēn)比，但将其除以6，从而缩小(xiǎo)其效应。

為(wèi)什么有(yǒu)多(duō)个方程？

在一定时间段内，创建新(xīn)方程，以提高不同钢种的精(jīng)度，如低碳钢。此外，还可(kě)将此等方程扩展至估算钢的氢裂易感性。

应该选择哪个方程？

國(guó)际焊接學(xué)会所采用(yòng)的比较好的方程超常用(yòng)。但是，如果分(fēn)析低碳钢，则PCM和CEM表达式更合适。然而，第二个PCM方程被用(yòng)于管線(xiàn)制造中(zhōng)所使用(yòng)的现代钢，其中(zhōng)碳含量通常小(xiǎo)于0.11%（重量百分(fēn)比）。

实际上需要在管道中(zhōng)测量什么？

為(wèi)了精(jīng)确确定管線(xiàn)的可(kě)焊性，需要测量PCM方程中(zhōng)的元素：

碳、硅、铬、铜、镍、钼、钒和硼。

可(kě)能(néng)还需要测量磷和硫以进行更全的分(fēn)析。如果需要识别双相钢，则需要测量氮。

使CE计算变得容易

為(wèi)实现精(jīng)确CE计算结果，日立的火花(huā)OES仪器系列能(néng)测量相关必要元素，进行仔细计算，并提供CE编号。

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